x射线光电子能谱为什么是表面灵敏的分析技术

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X射线光电子能谱技术（XPS）是电子材料与元器件显微分析中的一种先进分析技术。由于它可以比俄歇电子能谱技术更准确地测量原子的内层电子束缚能及其化学位移，所以它不但为化学研究提供分子结构和原子价态方面的信息，还能为材料研究提供各种化合物的元素组成和含量、化学状态、分子结构、化学键方面的信息。它在分析电子材料时，不但可提供总体方面的化学信息，还能给出表面、微小区域和深度分布方面的信息。

X射线光子的能量在1000～1500ev之间，不仅可使分子的价电子电离而且也可以把内层电子激发出来，内层电子的能级受分子环境的影响很小。同一原子的内层电子结合能在不同分子中相差很小，故它是特征的。光子入射到固体表面激发出光电子，利用能量分析器对光电子进行分析的实验技术称为光电子能谱。

XPS的原理是用X射线去辐射样品，使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来。被光子激发出来的电子称为光电子。可以测量光电子的能量，以光电子的动能/束缚能binding energy,(Eb=hv光能量-Ek动能-w功函数)为横坐标，相对强度（脉冲/s）为纵坐标可做出光电子能谱图。从而获得试样有关信息。X射线光电子能谱因对化学分析最有用，因此被称为化学分析用电子能谱。

XPS作为一种现代分析方法，具有如下特点：

（1）可以分析除H和He以外的所有元素，对所有元素的灵敏度具有相同的数量级。

（2）相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰较少，元素定性的标识性强。

（3）能够观测化学位移。化学位移同原子氧化态、原子电荷和官能团有关。化学位移信息是XPS用作结构分析和化学键研究的基础。

（4）可作定量分析。既可测定元素的相对浓度，又可测定相同元素的不同氧化态的相对浓度。

（5）是一种高灵敏超微量表面分析技术。样品分析的深度约2nm，信号来自表面几个原子层，样品量可少至10-8g，绝对灵敏度可达10-18g。

元素（及其化学状态的定性分析）

元素（及其化学状态）定性分析即以实测光电子谱图与标志谱图相对照，根据元素特征峰位置（及其化学位移）确定样品（固态样品表面）中存在哪些元素（及这些元素存在于何种化合物中）。标准谱图载于相关手册资料中，标准谱图中有光电子谱峰与俄歇谱峰位置并附有化学位移数据。

定性分析原则上可以鉴定除氢氦以外的所有元素。分析时首先通过对样品（在整个光电子能量范围）进行全扫描，以确定样品中存在的元素；然后对所选择的谱峰进行窄扫描，以确定化学状态。

定性分析时必须注意识别伴峰和杂质污染峰（如样品被二氧化碳、水分和尘埃等玷污，谱图中出现C，O，Si等的特征峰）。定性分析时一般利用元素的主峰（该元素最强最尖锐的特征峰）。显然，自旋—轨道分裂形成的双峰结构情况有助于识别元素。特别当样品中含量少的元素主峰与含量多的另一元素非主峰相重叠时，双峰结构是识别元素的重要依据。

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